Convertisseur de courants alternatifs. La présente invention est relative aux machines susceptibles de convertir des cou rants alternatifs polyphasés -en courants al ternatifs d'un nombre différent de phases, par exemple monophasés.
On connaît<B>déjà</B> les convertisseurs de<B>ce</B> type comprenant, sur une carcasse magné tique, deux enroulements circulaires concen triques formant primaire et secondaire-, l'un recevant les courant polyphasés<B>à</B> convertir, l'autre produisant des courants du nombre (le phases cherché.
Concentriquement <B>à</B> ces deux enroule ments est (),énéralement disposé un rotor or- ilinaire de moteur<B>à</B> champ tournant pouvant être constitué par un simple cylindre con ducteur ou encore être muni d'une cage<B>d'é-</B> cureuil ou enfin d'un enroulement mono- pliasé ou polyphasé.
Ce rotor a pour rôle d'équilibrer les puis sances absorbées sur les phases des courants d'alimentation du convertisseur. On a. remarqué qu'il était intéressant, dans certains cas, de provoquer aux bornes d'utilisation du convertisseur, une forte chute de tension en charge.
La présente invention a pour objet un convertisseur courants alternatifs eompor- tant un enroulement primaire et un enrou lement secondaire concentriques et qui coo pèrent avec un rotor de moteur<B>à</B> champ tournant, convertisseur caractérisé par un circuit map:néfique de fuite placé sous l'ac tion de moyens prévus pour faire varier le rapport entre le flux de fuite et le flux to tal engendré par l'enroulement primaire, cette disposition permettant de faire varier la chute de tension dans l'enroulement se condaire.
Le dessin ci-annexé montre, schématique ment et<B>à.</B> titre d'exemple, ]quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> est un schéma des connexions d'un convertisseur destiné<B>à</B> transformer des courants triphasés en courants monophasés; La fig. <B>9,</B> représente une coupe d'une forme d'exécution de ce convertisseur; La fig. <B>3</B> -représente une vue en bout d'une autre forme d'exécution d'un conver tisseur selon l'invention;
La fig. 4 est une coupe partielle suivant la ligne IV-IV'de la fig. <B>3;</B> La fig. <B>5</B> est un diagramme de fonction nement des transformateurs et convertisseurs en général.<B>1</B> La fig. <B>6</B> est un diagramme de fonction nement d'un convertisseur selon l'invention;
La fig. <B>7</B> est une vue d'une armature cylindrique destinée<B>à</B> être adjointe au con vertisseur des fig. <B>1,</B> 2 et<B>3;</B> <B>.</B> La fig. <B>(8</B> représente une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la fig. <U>2,</U> les en roulements n'étant pas représentés; La fig. <B>9</B> représente une coupe partielle faite sur l'axe d'une autre forme d'exécu tion d'un convertisseur selon l'invention; Les fig. <B>10, 11,</B> 12,<B>13</B> représentent plu sieurs autres formes d'exécution de l'objet de l'invention;
La, fig. 14 est un graphique représentant la forme de la courbe de la force électromo trice du convertisseur de la fig. <B>13.</B>
Les fig. <B>1,</B> 2,<B>3</B> et 4 représentent une première forme d'exécution de l'invention. Le convertisseur est spécialement agence pour alimenter un poste de soudure<B>à</B> l'arc mais il est évident qu'il -peut être employé pour n'importe quelle autre application.
Sur la fic. <B>1,</B> le convertisseur est désigné par 20,<B>Il</B> comprend un enroulemeht primaire triphasé 21 qui est relié par les conducteurs 22,<B>2-3</B> et 24<B>à</B> une source de courants tri phasés. Les conducteurs 22.,<B>23,</B> 24 sont con- iiect#s <B>à</B> l'enroulement<B>21</B> de telle sorte que le nombre de spires effectives de la machine puisse être ajusté<B>à</B> volonté.
L'enroulement 21 est visible sur la fig. 2 qui représente #tane coupe du convertisseur 20, l'enroulement 2,1 étant porté par un sta tor<B>26</B> sur lequel est également bobiné un enroulement secondaire monophasé<B>27;</B> ce stator étant de préférence établi en tôles feuilletées. Il est bien entendu que les posi tions des enroulements<B>21</B> et<B>27</B> peuvent être inversées.
Ainsi qu'il est indiqué sur la fig. <B>1,</B> une des bornes de l'enroulement monopha,,é <B>27</B> est connectée<B>à</B> l'électrode<B>28</B> d'un poste de soudure<B>à</B> l'arc désigné par<B>29.</B> L'électrode <B>28</B> peut être constituée par le métal sur le quel le travail sera effectué.
Le poste de soudure<B>29</B> comprend aussi une électrode<B>31</B> qui est généralement inani- pulée par l'opérateur pendant le travail. L'é lectrode<B>31</B> est réunie<B>à</B> lautre borne de l'en roulement,<B>27</B> de telle manière que le nom bre de spires effectives de l'enroulement peut être modifié<B>à</B> volonté. Dans certains cas, les deux -électrodes peuvent être mani pulées par l'opérateur pendant le travail.
Un rotor<B>33</B> établi de préférence en tôles feuilletées èt prévu soit du type<B>à</B> pôles sail lants soit<B>du</B> type cylindrique, comprend un enroulement 34 du type<B>à,</B> cage d'écureuil. On peut aussi prévoir un deuxième enroule ment,<B>35,</B> aliment6 par une source de cou rant continu, par exemple, une batterie d'ac cumulateurs<B>37,</B> ayant un de ses pôles con necté par un frotteur<B>39 à</B> une borne<B>de</B> l'en roulement<B>35,</B> l'autre pôle de la batterie<B>37</B> étant relié par l'intermédiaire d'une résis tance variable 40 et d'un frotteur 39a<B>à</B> la deuxième borne de l'enroulement 35.
L'enroulement 34 peut être également un enroulement ordinaire mis en court-circuit, ou encore un cylindre conducteur. L'enrou lement 34 a pour rôle d'équilibrer la charge sur les phases d'alimentation. Quand l'en roulement<B>3.5</B> est employé, le rotor tourne exactement<B>à</B> la vitesse de synchronisme sans glissement et il est alors aisé, en faisant varier la valeur du courant continu dans l'en roulement<B>35,</B> de régler le facteur de puis sance du convertisseur.
La fi-.<B>3</B> représente schématiquement le moyen par lequel le nombre de spires effec tives des enroulements<B>21</B> et<B>27</B> peut être modifié<B>à</B> volonté. Cet arrangement peut être tel que le rapport entre le nombre de spires entre les deux enroulements reste constant.
D'après la fig. <B>3,</B> on voit un moyeu 42 mo bile autour d'un axe 4,3 et isolé électrique- nient de celui-ci; un certain nombre de com- inutateurs 45, 46, 47 et 48 peuvent tourner et frotter sur un certain nombre de plots 49, .7ÏO. Les plots 49 sont reliés aux différentes prises de l'enroulement<B>27</B> et les plots<B>50</B> sont reliés aux trois branches de l'enroule- nient triphasé 21.
Cet arrangement est tel que lorsque le iiioyeu 42 est déplacé angulairement autour <B>de</B> l'arbre 43 de manière<B>à</B> amener le com mutateur 48 sur un plot 49 déterminé, les commutateurs 45, 46, 47 s'engagent sur les plots<B>50</B> de telle sorte que le rapport entre le nombre effectif de spires des enroulements <B>27</B> et 2,1 reste constant.
Pour maintenir les commutateurs 45, 16, 47 et 48 dans la position déterminée, il est j)r6vu un levier<B>52</B> qui comporte<B>à</B> son ex trémité libre un ergot<B>53</B> (fig. <B>3</B> et 4) adapté pour s'engager -dans des trous ou logements 54 formés dans le support<B>55</B> du convertis seur<B>20.</B> L'ergot est poussé, contre le support <B>55</B> par un ressort<B>à</B> lames<B>56</B> ou un dispo sitif analogue ageneé de telle sorte que fer- (roi puisse être retiré des logements 54 pour permettre de déplacer angulairement le levier<B>56.</B>
Dans certains cas, il peut être préférable <B>de</B> monter le commutateur 48 de telle façon qu'il puisse être déplacé indépendamment des commutateurs 45, 46, 47 afin de faire varier le rapport de transformation des en roulements 21 et<B>2,7</B> et par suite la tension de l'enroulement<B>27.</B>
Comme le montre la fig. 2, l'enroulement seeondaire <B>27</B> est espacé de l'enroulement primaire 21 et le fer du stator<B>26</B> forme un circuit magnétique de sorte que l'enroule ment<B>27</B> débitera du courant monophasé dans le poste<B>de.</B> soudure<B>29</B> lorsque l'enron- ]ement 2,1 sera aliment6 par un courant tri phasé au moyen des conducieurs 22,<B>23,</B> 24.
]Dans le stator<B>26</B> et entre les enroule ments 21 et<B>27</B> se trouve ainsi ménagé un circuit magnétique<B>60</B> pour le flux magné tique de fuite. Ce circuit de fuite<B>60</B> est en trecoupé d'espaces libres ou ouvertures<B>58</B> qui augmentent sa réluctance.
Autour de l'enroulement<B>27</B> se trouve le circuit magnétique continu<B>61</B> par leqiiel presque tout le flux magnétique engendré par l'enroulement 21 de la machine passe quand il n'y a pas de courant dans l'enrou lement<B>27.</B> Mais, en charge, le flux produit par le courant passant dans l'enroulement <B>27</B> tend<B>à</B> s'opposer au flux principal et<B>à</B> le faire suivre le circuit de fuite 6,0. La pro portion du flux de fuite passant en<B>60</B> par rapport au flux total passant en .60 et<B>61</B> détermine<B>la</B> valeur du courant électrique passant par l'enroulement<B>27</B> et, si la ma,
- chine est agencée de telle sorte qu'on puisse augmenter ou diminuer le flux en<B>60</B> par rapport<B>à 61,</B> le courant dans<B>27</B> diminuera ou augmentera respectivement.
La fig. <B>5</B> représente le diagramme de fonctionnement -des transformateurs ou con vertisseurs en général. Dans ce diagramme, la ligne AB représente la direction du cou rant dans le circuit seconda-ire. La ligne AC représente la tension en charge dans l'enrou lement secondaire. Cette ligne fait avec la ligne AB un angle qui représente l'angle de décalage entre le courant et la tension dans le circuit secondaire.
La ligne<B>AD</B> représente la force électro motrice<B>à</B> vide dans l'enroulement secondaire et la ligne<B><I>CG</I></B> la chute de tension ohmique. La ligne<B>DG</B> représente la chute de tension inductive et la chute de tension totale est représentée par la ligne<B>DC.</B>
La longueur de la ligne<B>DG</B> est égale<B>à</B> <I>L</I>a)<B>1</B> où L représente le, coefficient d'in duction du convertisseur. Ce coefficient est très grand dans la machine faisant l'objet du présent brevet par suite des fuites magné tiques importantes dans le circuit<B>60</B> entre les enroulements<B>27</B> et 2il.
a) pulsation.
<I>I</I> intensité du courant absorbé par le poste de soudure<B>2,9.</B> La fig. <B>6</B> représente<B>le</B> même diagramme que la fig. <B>à</B> mais appliqué<B>à</B> un conver tisseur selon l'invention.
La ligne A'B' donne la direction du cou rant circulant dans le circuit comprenant l'enroulement secondaire<B>27</B> et la ligne A'C' représente la tension aux bornes de cet en roulement<B>27.</B> Cette tension est pratiquement en phase avec le courant par suite de la self-induction très faible de l'arc par rap port<B>à</B> sa résistance.
La ligne C'D' représente une valeur re présentée par la ligne<B>DG</B> de la fig. <B>5.</B> La ligne<B><I>CG</I></B> est négligée parce que la. valeur qu'elle représente est, ici,- excessivement pe tite, comparée<B>à</B> la valeur représentée par la ligne<B>DG</B> ou la ligne CD. Ceci est<B>dû à</B> la grande valeur de L par rapport<B>à</B> la résis tance de la. machine. Evidemment, la ligne C'D' est pratiquement équivalente à l'une ou l'autre des lignes<B>DG</B> et CD et la lon gueur de la ligne C'Y peut être exprimée par la formule suivante:
CD' := <I>L</I> ( <I>I</I> On sait que la tension aux bornes d'un arc est une fonction de sa longueur et que pour faire une bonne soudure, il est dési rable de maintenir la longueur de l'arc aussi constante que possible.
Si la longueur de l'arc entre les bornes<B>28</B> et<B>31</B> est maintenue constante, la va-leur de la tension en charge (représentée par la, ligne A'C') est constante et la. ligne A'H', qui est égale<B>à</B> la. longueur de la ligne C'D, est constante, puisque c'est une composante de la ligneA'C' et<B>de</B> la ligne A'D' qui représente la valeur de la force électromotrice<B>à</B> vide (cette force électrô- motrice étant constante).
On peut ainsi représenter la ligne A'H' ou sa valeur par une constante K et -écrire que:
EMI0004.0024
De cette formule, on tire l'intensité du -Courant I en fonction de L et K, et l'on voit que tant que la longueur de l'arc est main- tenue constante, l'intensité du courant I est constante. Mais il est très difficile pour<B>un</B> opérateur de maintenir la longueur de l'are absolument constante pendant l'opération de soudure, de découpage ou de réparation<B>et</B> ainsi la tension aux bornes de l'are varie<B>lé-</B> gèrement.
En supposant que la tension aux bornes de l'are varie entre les points C' et C" sur la fig. <B>6,</B> l'intensité du courant passera de C'D' <B><I>à</I></B> C"F' et la puissance dans l'are<B>c,</B> qui est égale au produit de l'intensité du courant par la tension, restera pratiquement constante; il se développera ainsi une quan tité de chaleur constante dans l'are. La. va leur A'H" donne l'intensité du courant<B>à</B> l'instant où l'enroulement secondaire<B>27</B> est en court-circuit-, c'est-à-dire au moment où s'amorce l'are.
Il est<B>à</B> remarquer que le courant circulant<B>à</B> ce moment est très peu supérieur au courant normal de fonctionne ment.
En pratique, il est parfois nécessaire d'employer des électrodes de différents dia mètres et en conséquence de faire varier l'in tensité du courant. Ainsi qu'il est établi cle- dessus, on a-
EMI0004.0033
<B>.</B> Dans le but de faire varier l'intensité du courant, il est nécessaire de modifier la va leur du coefficient de self-induction L, c'est-à-dire le rapport du flux de fuite de la machine au flux utile. Ce rapport varie en raison inverse du rapport de la, réluctance du circuit magnétique de fuite<B>60 à</B> celle du circuit magnétique<B>61.</B>
Dans la représentation de l'invention au-.,, fig. <B>1.</B> 2,<B>3,</B> on peut modifier ce rapport en faisant varier le nombre de spires primaires. ce qui influe sur l'induction magnétique de la, machine, c'est-à-dire sur le flux passant dans le rotor. Quand l'induction de la ma chine varie, la perméabilité du circuit<B>61</B> varie et naturellement-, les rapports mention nés dans le précédent paragraphe varient aussi proportionnellement. Ainsi* qu'il est indiqué plus haut-, le nom bre de spires effectives dans le secondaire peut être également changé dans le même rapport que le nombre de spires primaires. Ceci est nécessaire pour obtenir la, même tension secondaire dans tous les cas.
Cependant, dans certains cas, il est pré férable d'augmenter ou de diminuer la ten sion<B>à</B> vide secondaire en faisant varier le nombre de spires secondaires dans un rap port quelconque par rapport aux spires pri maire.
D'autres moyens peuvent être employés pour faire varier les rapports des réluctances des circuits<B>60</B> et<B>61</B> afin d'obtenir les mêmes résultats qu'en changeant le nombre de spires dans les enroulements 21 et<B>27.</B>
Ainsi, dans une autre forme d'exécution, on peut prévoir une armature<B>63</B> (fig. <B>7)</B> ayant un diamètre intérieur<B>égal</B> au diamètre extérieur du stator<B>26;</B> et que l'on adapte sur le stator<B>26</B> pour accroître la section ef fective au passage du flux du circuit ma- Ignétique <B>61. -</B> Dans une construction telle que celle qui est représentée en fig. <B>8,</B> on opère le réglage de la réluctance du circuit de fuite<B>61</B> en faisant pénétrer plus ou moins dans les es paces libres<B>58</B> des noyaux feuilletés 64 (fi-. 2 et<B>8).</B>
Ces noyaux peuvent être montés sur une bague ou pièce analogue<B>95</B> de telle façon qu'ils puissent être dé>placés ensemble dans les ouvertures<B>58.</B> Naturellement, les noyaux 6-4 peuvent être manceuvrés par un dispositif quelconque et peuvent être<B>à</B> section cons tante ou variable.
La fig. <B>9</B> représente une autre forme d'exécution d'un convertisseur selon l'inven tion dans laquelle les noyaux 64 de la fig. 2 sont remplacés par un certain gombre de noyaux<B>100,</B> répartis régulièrement<B>à</B> la<B>pé-</B> riphérie du stator. Les noyaux<B>100</B> sont agencés de façon<B>à</B> être déplacés radialement par rapport<B>à</B> l'axe de rotation du rotor et on notera qu'ils sont placés dans le stator de telle sorte que la réluctance des chemins ma- 0-nétiques associés aux enroulements du sta- tor varie quand les noyaux<B>100</B> seront dé placés.
Dans le convertisseur qui vient d'être<B>dé-</B> crit-, les positions respectives des enroule ments triphasés et monophasés peuvent être évidemment inversées.
Une autre forme d'exécution encore de l'objet de l'invention est représentée en fig. <B>10,</B> figure dans laquelle<B>172</B> désigne un enroulement secondaire monophasé qui peut être bobiné dans le stator<B>9,6 à</B> la place de l'enroulement<B>27</B> de la fig. .1.
L'enroulement<B>172</B> est connecté par les conducteurs<B>185</B> et<B>186</B> aux électrodes de soudure de l'arc<B>189.</B> Le conducteur<B>185</B> comprend un certain nombre de spires 185a qu'on peut placer dans les ouvertures<B>58</B> pré vues dans le stator<B>2;6,</B> les noyaux 64 en étant préalablement sortis. Les spires 185a peuvent être déplacées en avant ou en ar rière, dans les ouvertures<B>58</B> pour produire un effet inverse de celui obtenu par les mou vements des noyaux 64.
La fig. <B>Il</B> représente une sixième forme d'exécution du convertisseur selon Finven'- tion. Dans cette figure,<B>105</B> désigne le rotor qui est placé entre une armature<B>10G</B> et une armature<B>107,</B> les armatures<B>10.6</B> et<B>107</B> étant construites de telle sorte qu'elles<B>cons-</B> tituent le stator pour le rotor<B>105.</B> Un en roulement monophasé<B>108</B> est porté par l'ar mature<B>106</B> et un enroulement triphasé<B>109</B> est monté sur<B>107,</B> ou vice-versa.
Le rotor<B>105</B> reçoit les mêmes enroule ments qu# sur les fig. <B>1</B> et 2 et porte un certain nombre de noyaux 112 qui peuveiit être glissés dans les enwelies <B>113</B> formées dans le rotor<B>105;</B> cette construction étant telle que les noyaux 112 peuvent être mini- pulés de la même façon que les noyaux 64 de la fig. <B>8.</B>
La forme d'exécution montrée en fig. 12 comporte un stator<B>115</B> et un rotor<B>116</B> pré sentant des encoches. Le stator<B>115</B> est pourvu d'ouvertures<B>11.8</B> qui correspondent aux ou vertures<B>58</B> des fig. 2 et<B>8</B> et une armature <B>119</B> est placée<B>à</B> côté du stator et concentri- quement de telle façon qu'elle puisse être déplacée contre le stator. R'videmmeut, Par- mature <B>119</B> agit de, la même façon que les noyaux<B>6-1</B> et<B>100</B> pour le réglage<B>de</B> l'in tensité du courant.
Dans toutes les machines décrites ei-des- sus, toutes sortes d'enroulements triphasés ou d'enroulements polyphasés peuvent être employés.
Dans certains cas, on peut bobiner une partie de l'enroulement monophasé dans les encoches de l'enroulement polyphasés dans le but d'accroître la valeur du courant.
Les fig. <B>13</B> et 14 se rapportent encore à une autre forme d'exécution de l'objet<B>de</B> l'invention. Dans ces figures,<B>130</B> désigne le stator et<B>131</B> désigne le rotor. Ce dernier est pourvu d'enroulements<B>132</B> et lô'3 qui sont identiques aux enroulements 34 et<B>35</B> res pectivement de fig. 2. Dans le stator<B>130</B> sont placées six encoches<B>13:5,</B> équidistantes les unes des autres etdeux encoches<B>137</B> dia- iïikralement opposées.
Un enroulement triphasé<B>189</B> est disposé dans les encoches<B>135,</B> l'arrangement étant tel (lue les deux côtés de la bobine formant uni, phase soient placés dans une paire d'encoches <B>1</B> ï)à diamétralement opposées. Danslesencoches <B>137</B> du stator<B>180</B> est bobiné un enroulement monophasé 140. La fabrication et, le mon tage de la machine sont relativement simples puisque les enroulements<B>139</B> et 140 peuvent être fait entièrement sur une forme et posés ensuite dans la machine.
D'autre part, il est bien connu que pour avoir un arc s'amorçant très aisément, il est nécessaire que la force électromotrice dans <B>le</B> circuit de soudure ait une forme analogue a celle de la fi-. 14.
<B>Z,</B> Tout<B>le</B> flux de fuite ci-dessus mentionné aide<B>à</B> produire cette courbe, mais la dispo sition des enroulements<B>139</B> et 140 dans la machine, fig. <B>13,</B> est spécialement adaptée<B>à</B> ee dessein.
On comprendra que foutes'les précédentes méthodes de réglage décrites ci-dessus peu vent être employées avec ce nouveau dispo sitif. C'est ainsi qi--t'on peut encore simulta,- nément faire varier le nombre effectif de spires dans les enroulements et déplacer des noyaux lamellés 142 longitudinalement dans les encoches<B>137.</B>
Les côtés de l'enroulement 140 sont pré- férablenient liés aux noyaux 143 de telle fa çon qu'ils puissent être déplacés radia.lement entre eux, mais il est évident, que les noyaux 143 et l'enroulement 140 devront pouvoir aussi être déplacés indépendamment l'un de l'autre. Naturellement, si l'on veut que les conducteurs 140 de l'enroulement puissent ce déplacer avec les noyaux<B>11.3,</B> ils doivent être reliés par des connexions flexibles.
Toutes ces machines peuvent être bobi- in <B><U>1</U></B> es avec un nombre quelconque de pôles; le ronvertisseur <B>de</B> la fi-. 14 comporte deux pôles et est' bobiné avec une encoche par pôle et par phase.
Les enroulements monophasés et poly phasé peuvent être bobinés sur la partie tournante de<B>la</B> machine et la cage d'écureuil et l'enroulement<B>Ù,</B> courant continu peuvent être bobinés sur le stator.
On pourra également prévoir l'alimenta tion en courant continu de, l'enroulement<B>35</B> <B>de</B> la fig. 2 par un collecteur dont les lames seront réunies soit<B>à</B> l'enroulement primaire soit<B>à</B> lenroulement secondaire. Dans le cas oit ces lames seraient réunies au primaire, cet enroulement devra être fermé, c'est-à- dire polygonal.
Le collecteur sera- soit fixe, soit tournant, suivant que les enroulements primaires et secondaires seront montés sur le stator ou sur le rotor.<B>Il</B> est évident que dans le cas d'un collecteur fixe, les balais devront tourner au synchronisme et #qPront montés sur l'axe du rotor.
Le nombre d'encoches prévu pour les en roulements et le nombre d'ouvertures dans le circuit de fuite peuvent être quelconque. La forme et les dimensions de ces différentes encoches et ouvertures peuvent être égale ment quelconques sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
La présente description est relative<B>à</B> l'alimentation d'un -poste<B>de</B> soudure<B>à</B> l'arc, mais il est évident que le même poste pour- rait être employé pour le découpage<B>à</B> l'arc. De même, la présente invention s'applique <B>à</B> l'alimentation de tous les appareils utili- sa-nt les propriétés thermiques de l'électricité.